Пріоритетні напрямки технологічного розвитку та прогресивні види технологій

Каталізні процеси

Каталізними називають такі технологічні процеси, в ході яких головним рушієм є каталізатор.

Каталізом (від грецьк. – руйнування) називають зміну швидкості хімічних реакцій у присутності каталізаторів.

Каталізаторами називають речовини, які змінюють швидкість хімічних реакцій, а самі (хімічно та кількісно)

залишаються незмінними.

При використанні каталізаторів швидкість хімічних реакцій збільшується в тисячі й навіть мільйони разів. Каталізні процеси лежать в основі виробництва бензину, амоніаку, сірчаної й азотної кислот, спиртів, альдегідів тощо. Каталіз широко використовують у процесі виробництва лікарських речовин, мийних засобів.

Каталіз лежить в основі перспективних способів виробництва рідинного палива з вугілля, сланців, торфу.

У більшості каталізні процеси є безперервними, замкненими, безвідходними, енергоощадними, дуже продуктивними. Каталізні процеси за техніко-економічними показниками не мають собі рівних.

Для отримання кожного окремого виду продукції використовують свій каталізатор.

Роль каталізаторів виконують тверді, рідинні та газові речовини.

Тверді каталізатори – це метали (мідь, срібло, платина, хром та ін.) й оксиди (V2O5, SiO2, Al2O3, тощо).

Рідинні каталізатори – це кислоти та луги (сірчана (Н2SO4) та фосфорна (H3PO4) кислота).

Газові каталізатори використовуються дуже рідко.

Електрохімічні процеси

Електрохімічними процесами називають такі технологічні процеси, у ході яких електрична енергія перетворюється в хімічну і навпаки.

Перетворення хімічної енергії  в електричну має місце в гальванічних елементах. Внаслідок такого переходу гальванічний елемент стає джерелом постійного струму.

Якщо електричну енергію ввести в хімічну систему (розчин чи розплав) у вигляді постійного струму за допомогою електродів, то виникнуть хімічні процеси, які називають електролізом.

Сьогодні  електроліз  водних  розчинів,  розплавлених  солей  і  лугів,   широко  застосовують  у  хімічній,

металургійній і металообробній промисловості.

Електролізом водних розчинів отримують продукцію неорганічної хімії: водень, кисень, хлор, їдкий натрій та ін.

Електроліз розплавлених солей використовують для виробництва легких, важко плавких металів, рафінування металів і отримання сплавів. Такі метали як алюміній, магній, натрій, літій, отримують лише електрохімічним способом.

Головним недоліком  електрохімічних  процесів  є  великі  витрати  електроенергії,  вартість  якої  становить основну частину собівартості продукції. Саме тому на підприємствах, де використовують електрохімічні процеси, необхідно раціонально використовувати електричну енергію.

Плазмові процеси

Плазмовими називають такі технологічні процеси, у ході яких головним  рушієм є плазма.

Плазмою називають  іонізований  газ,  який  складається  з  позитивно  та  негативно  заряджених  частинок,

нейтральних атомів і молекул.

Кількість  позитивних  і  негативних  частинок  у  плазмі  майже  однакова.  Саме  тому  плазма  є електронейтральною речовиною. На відміну від газових речовин плазма яскраво світиться, має електропровідність і активно взаємодіє з магнітним полем. Прикладом плазми є полум'я, яке виривається із сопла двигуна ракети, іскри в електричних приладах, блискавка, електрична дуга тощо.

Умовно  плазму  поділяють  на  "холодну"  і  "гарячу".  "Холодна"  плазма  має  температуру  103...105   0С.

Температура "гарячої" плазми сягає 106...108 0С.

Прикладом "гарячої" плазми є Сонце, епіцентри вибухів атомних і водневих бомб. "Холодна" плазма у природі зустрічається  у  вигляді  кульової   блискавки.   У   промисловості  її  використовують   для   хімічного  синтезу неорганічних й органічних сполук, композиційних матеріалів, виробництва порошків, отримання сталі, вирощування монокристалів, різання та зварювання конструкційних матеріалів отримання надчистих металів і т. д.

Використання плазми у технології цінне тим, що плазма має велику швидкість потоку, а це дуже важливо при різанні: плазма видуває розплавлений метал із зони різання.

Реагуючі речовини (сировина) можуть перебувати як у вигляді газу, так і у твердому стані. За агрегатним станом реагуючих речовин плазмові процеси поділяються на гомо- та гетерогенні.

Під час гомогенних плазмових процесів реагуючі речовини, як і плазма, перебувають у газовому стані. Такі процеси мають місце при окисленні азоту, отриманні ацетилену з природного газу тощо.

У гетерогенних плазмових процесах сировина та плазма перебувають у різних агрегатних станах: плазма у вигляді  газу,  а  сировина  –  у  вигляді  порошку  або  рідини.  Гетерогенні  процеси  використовують  під  час відновлення складних сполук в оксидних рудах; отримання нітридів, карбідів, каталізаторів тощо.

Фотохімічні процеси

Фотохімічними називають такі технологічні процеси, які спричиняються світлом або відбуваються під його дією.

Механізм цих процесів заснований на активації молекул реагуючих речовин при поглинанні ними порцій світлової енергії. Дані процеси використовуються для хлорування, бромування водню, синтезу хлористого водню, деяких  полімерів,  утворення  електричного  струму  в  сонячних  батареях,  фотографічній  справі,   синтезу органічних речовин шляхом окислення. Велика кількість продукції, яку виробляють за допомогою фотохімічних процесів, може бути отримана іншими процесами (наприклад, термічним). Проте перевага надається фотохімічним, оскільки легко регулюється швидкість реакції і в результаті отримується дуже чиста продукція, малі затрати енергії тощо.

Радіаційно-хімічні процеси

Радіаційно-хімічними називають такі технологічні процеси, в ході яких головним рушієм є х-промені,  γ-

промені, електрони, протони, нейтрони, α і β- частинки тощо.

Джерелом отримання цих променів є реактори, прискорювачі частинок, радіоактивні ізотопи тощо.

Радіаційно-хімічні процеси широко використовують у технології для отримання речовин з наперед заданими властивостями та речовин, яких